Как подключить мощный светодиод?

Еще на эту тему

Для начала рассмотрим самые простые способы подключения мощных светодиодов. Стоит заметить что при не высоких требованиях к системе они ничем не хуже чем всех остальные, но в данном случае, когда стоимость сстемы стабилизации намного дешевле чем сам светодиод, а ремонт на порядок дороже злоупотреблять такими способами не стоит.

Резистор R1 можно расчитать по формуле R1 = (U-Uled)/Iled. Где U - напряжение питания, Uled - падение напряжения на светодиоде в прямом включении (VF), для красного и жедлтого (оранжевого) обычно 2.5В, для белого, зеленого и синего обычно 3.5В.

Применяя эту схему для источника питания напряжением в 9 вольт мы получаем сопротвиление резистора (для белого светодиода) R1 = (9 - 3.5)/0.3 = 18.33 Ом.

Прикинем мощность такого резистора: P = I*I*R = 0.3*0.3*18.3 = 1.65Вт. Т.е. для включения светодиода мощностью в 1 ватт мы более полутора ватт рассеиваем на резисторе.

Чем плоха эта схема питания мощного светодиода?

Требуется стабилизация питающего напряжения
Слишком высокое выделение тепла на ограничительном резистрое R1
Реальная опасность "лавинного теплового разрушения" светодиода

Чем такое "лавинное тепловое разрушение"? Дело в том, что при нагреве светодиода значительно снижается прямое падение напряжения на нем, а соответсвенно увиличивается ток потребляемый светодиодом, что в свою очередь ведет к еще большему нагреву светодиода и т.д. В конце этого "лавинного нагрева" светодиод или перегорает или полность. деградирует, что собственно говоря, не многим лучше.

Короче говоря, схема питания мощного светодиода никуда не годится. На мой взгляд ее можно применять только в сочетании с хорошим теплоотводом для светодиода.

Предохранить светодиод от "лавинного разрушения" позволит применение более "продвинутой" схемы.

Резистор в данной схеме расчитывается по формуле R1= 1.25/Iled. Для 1-ваттного светодиода R1 = 1.25/0.3 = 4.2 Ом. Мощность рассеиваемая на резисторе P = 0.3*0.3*4.2 = 0.375 Ватта.

Вроде получше, но на самом деле теперь избыток мощности делится между LM317 и резистором.

Применение интегрального стабилизатора LM317 позволяет стабилизировать ток светодиод в независимо от температуры кристалла, более того эта микросхема имеет термозащиту и при перегреве она просто отключает нагрузку. Кстати, многие производители светодиодных светильников (см. Colo rCinetics) эксплуатируют это свойтсво LM317 выдавая за свою "защиту от перегрева"...

Что на дает настоящему специалисту остановится на предыдущих схемах? Низкий КПД и соответсвенно непозволительный нагрев элементов стабилизации. Следующее решение в основном избавленно от этих недостатков.

В отличие от других стабилизаторов MC34063 кроме детектора напряжения (на данной схеме зашунтированн на землю резистором 2.2к) оснащена детектором тока дроселя, который в определенном приближении можно экстрополировать на ток светодиода.

Приведенная схема обеспечивает стабилизацию тока светодиода при питающем напряжении 9..15 вольт, что вполне достаточно для работы от нестабилизированных источников питания. Суммарная потребляемая мощность не превышает 1.8 ватта. Это уже значительная победа по сравнению с предыдущими схемами.

Недостаток приведенной схемы - невысокая степень стабилизации во всем диапазоне питающих напряжений MC34063. Если при напряжении в диапазоне 9..15 вольт обеспечивается стабилизация на уровне 290-340 ма, то при напряжении 35 вольт ток уползает к 500 ма.

Следующая схема обеспечивает большую стабилизацию тока светодиода, а заодно и некоторую "термозащиту светодиода".

Если расположить транзистор Q1 в непосредственной близости от светодиода, то при значительном нагреве, за счет увеличения тока коллектора, будет снижаться ток светодиода.

Беспорядочное включение светодиодов.

Описываемый способ можно применить в контроллерах управления светодиодами, если требуется беспорядочное плавное изменение яркости, цвета или пространственная динамика.

Первое, что приходит в голову, когда нужно заставить яркость плавно и периодически изменяться – “зашить” в память таблицу синусов и регулировать яркость с помощью ШИМ в соответствии с извлекаемыми из таблицы выборками. Однако, есть способ проще.

Для начала, совсем немного теории, чтобы был понятен дальнейший ход мыслей. Известно, что при смешивании двух синусоидальных сигналов возникает физическое явление, называемое биение частот , суть которого в том, что в спектре результирующего сигнала присутствует сигнал с частотой равной разности частот исходных сигналов. Если эти сигналы имеют близкие значения частоты, то результирующая частота может иметь очень низкое значение, порядка десятых или даже сотых долей герца.

Когда «особо точная синусоидальность» :) изменения сигнала не требуется, аналогичный результат легко получить в «цифре»: берем две последовательности прямоугольных импульсов (скважность ~2) частотой 100-200Гц и подаем на логический элемент "исключающее ИЛИ" (XOR).

Как видно из диаграммы, сигнал на выходе элемента очень напоминает ШИМ. Собственно, почему напоминает? Это и есть «готовый к применению» ШИМ, частота которого равна входной частоте ( не спрашивайте, какой из двух, они хоть и не равные, но очень близкие), а процент заполнения медленно изменяется по треугольному ( почти синусоидальному ) закону от 0 до 100%.

Благодаря такой «компактности» алгоритма, можно заставить один микроконтроллер управлять одновременно несколькими каналами. Схему не привожу, поскольку можно использовать практически любой микроконтроллер ( здесь у каждого свои предпочтения), привожу текст программы на Си.

В программе организовано четыре генератора на счетчиках-сумматорах ( три канальных и опорный ), частота которых задается коэффициентами К1-К4. Выходные сигналы формируются в переменной st из состояний старших битов счетчиков и выводятся в порт. Необязательный цикл задержки используется, если яркость меняется слишком быстро. Надеюсь, перенос данной программы на ассемблер или другой язык, используемый для программирования конкретного микроконтроллера, не вызовет особых затруднений.

Мой способ не столь элегантен, но тоже имеет право на жизнь.

В приведенном ниже фрагменте (ASM для ATmega128) используется способ плавного изменения яркости каждого светодиода по синусойде, только не по одной, а сразу по двум. Результирующая яркость I = VB + V0*Sin(t/T0) + V1*Sin(t/T1), где патаметры VB,V0,V1,T0 и T1 задаются для каждого отдельного светодиода (звезды).

В одной из версий программы эти параметры, что бы разнообразить картинку звездного неба, через определенный промежуток времени по кругу переползали от одной звезды к следующей, но в приведенном фрагменте это не отражено.

Так же здесь не показан процесс инициализации контроллера, таймеров и т.п. Продседуру ШИМа тоже не привожу каждый напишет под себя.

Светодиодные системы для «Звездного неба».

Комплектующие.

3-х-цветные одиночные светодиоды либо монохромные светодиоды (количество определяется пожеланиями Заказчика). Цвета свечения: - белый, красный, желтый, синий, зеленый + оттенки (или сочетание цветов под заказ).
Блок питания и управления.
Шлейф кабелей с распределительными платами и разъемами.

Описание.

Комплект светодиодов для изготовления ЗВЕЗДНОГО НЕБА. Лаборатория СВЕТОВОД. В каждый кристалл "SWAROVSKI" вмонтирован 3-х-цветный одиночный светодиод (либо монохромный светодиод), к которому подведен свой кабель из обычного электрического провода. При этом отпадает необходимость использования оптического волокна и общего осветителя.

Каждый кристалл монтируется в потолок при помощи специальной стойки - держателя с регулируемым основанием, которая крепится в отверстии в потолке. В зависимости от типа огранки и размеров кристалла, поверхность потолка заполняется цветными световыми пятнами различной конфигурации и размеров.

Для подсветки натяжных потолков могут быть использованы системы с открытыми светодиодами (без наконечников из кристаллов "SWAROVSKI").